DE2744549C2 - Einrichtung zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters - Google Patents

Einrichtung zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters

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DE2744549C2 DE2744549A DE2744549A DE2744549C2 DE 2744549 C2 DE2744549 C2 DE 2744549C2 DE 2744549 A DE2744549 A DE 2744549A DE 2744549 A DE2744549 A DE 2744549A DE 2744549 C2 DE2744549 C2 DE 2744549C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters, insbesondere von SFö-Gas in Schaltanlagen und Schalggeräten, mittels eines Manometers, wobei zwischen dem Ausdehnungselement, insbesondere einer Rohrfeder, und der Anzeigevorrichtung ein temperatur-kompensierendes Element eingeordnet ist.
Bei elektrischen, gekapselten, SF6-Gas-isolierten Schaltanlagen, in denen die Einrichtungen der eingangs genannten Art insbesQnderQ eingesetzt werden, sind der Druck und die Dichte des SF&-Gases für die Isolierfestigkeit bzw. die Fähigkeit zur Löschung des Schaltlichtbogens sehr wesentlich. Aus diesem Grunde müssen Einrichtungen vorgesehen werden, mit denen die Dichte und der Druck überwacht werden. Die Isolierfestigkeit ist im wesentlichen abhängig von der Dichte, wogegen der Druck für die Löschfähigkeit von besonderer Bedeutung ist Einrichtungen zur Überwachung der Dichte sprechen im Normalfall nicht an, wenn sich der Druck innerhalb des Gehäuses ausschließlich von Temperaturänderungen herrührend ändert; sie sprechen jedoch dann sofort an, wenn der Druck aufgrund eines Lecks und damit zwangsläufig auch die Dichte stark abfällt
Einrichtungen, mit denen die Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters überwacht we, den, sind an sich bekannt Beispielsweise ist in einem Zylinder ein Kolben vorgesehen, welcher auf einen mit einer Innenbohrung versehenen federbelasteten Stößel einwirkt, innerhalb dessen Innenbohrung ein loser Stößel geführt ist. Der federbeiastete Stößel besitzt an seinem einen Ende einen Absatz, der lose Stößel durchgreift diesen Absatz und weist einen Bund auf, über den hinaus er sich weiter fortsetzt Zwischen dem Absatz und dem Bund sind Bimetallscheiben angeordnet die so ausgelegt sind, daß sie den Druckanstieg und damit die Verschiebung des Stößels aufgrund erhöhter bzw. sich verändernder Temperatur ausgleichen. Ein derartiger Dichtwächter, insbesondere zur Überwachung der Dichte von SFe-Gas in SFe-isolierten, gekapselten Schaltanlagen ist eine Spezialanfertigung, bei der die Anzeige, ob sich die Dichte verändert und damit ein Leck vorhanden ist, elektrisch erfolgt
Aufgabe der Erfindung ist es, eine als Dichtemesser wirkende Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber bekannten Dichtemessern erheblich verbilligt ist, wobei es zu keinem Qualitätsverlust im Bereich der erforderlichen Genauigkeit kommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das temperaturkompensierende Element unmittelbar zwischen dem Ausdehnungselement und der Anzeigevorrichtung eines dem erforderlichen Meßdruckbereich angepaßten handelsüblichen Manometers angeordnet ist und als Zugstange dient und so bemessen ist, daß die Änderung der Temperatur des Gases im Inneren des Druckbehälters und Die hieraus folgende Änderung des Druckes kompensiert wird, so daß eine nennenswerte Änderung des Zeigers lediglich bei Änderungen der Dichte infolge einer Leckage des Gases erfolgt.
Eint Einrichtung, bei der ein temperaturkompensierendes Element zwischen dem Ausdehnungselement und der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, ist aus der DE-PS 3 74 730 bekanntgeworden. Die in dieser Patentschrift beschriebenen Anordnungen dienen aber nicht zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters, sondern finden Anwendung bei solchen Gasmassen, die sich frei auszudehnen vermögen. Insbesondere finden die in der DE-PS 3 74 730 beschriebenen Anordnungen Verwendung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Höhe eines Luftfahrzeuges. Die Kompensationseinrichtungen haben die Aufgabe, Temperatur- bzw. Druckeinflüsse zu kompensieren, die die angezeigte Höhe bzw. angezeigte Fahrt eines Luftfahrzeuges verfälschen. Mit der Verwendung der dort angegebenen Vorrichtungen erhält man dann die wahre Geschwindigkeit (TAS, True Air Speed) sowie die wahre Höhe unmittelbar an dem betreffenden Anzeigegeräten. Mit Dichtemessern zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters haben diese Anordnungen nichts zu tun.
Im übrigen ist es zwar grundsätzlich bekannt, die Temperatur bei Manometern zu kompensieren. Beispielsweise ist zwischen der auf den Segmenthebel einwirkenden Zugstange und dem Segmenthebel selbst
ein U-formig ausgebildetes Thermobimetall angeordnet Damit wird aber lediglich die Längenänderung bzw. die Lageänderung des Ausdehnungselementes, beispielsweise einer Rohrfeder, kompensiert, die ausschließlich von der Temperaturänderung in der Rohrfeder selbst herrührt Mit der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus auch die Druckänderung, die von der Temperaturänderung im Inneren des Druckbehälters herrührt, kompensiert
In vorteilhafter Weise kann dabei das Kompensationserement als Thermobimetailelement ausgebildet sein oder es besteht die Möglichkeit, das Kompensationselement als wenigstens eine Kunststoffstange mit an die Längenänderung des Ausdehnungselementes angepaßtem Ausdehnungskoeffizienten auszubilden. Verwendet man ein Bimetall, so wird dies vorteilhaft Ώ-förmig ausgebildet; benutzt man ein Kunststoffelement, so kann man eine Verbesserung dadurch erzielen, daß man zwei parallel verlaufende Kunststoffstangen vorsieht, deren jeweils diametral entgegengesetztes eines Ende an dem Ausdehnungselement bz.v. an dem den Zeiger antreibenden Element befestigt ist, wogegen die beiden anderen diametral entgegengesetzten Enden mittels eines Zwischengliedes, dessen Ausdehnungskoeffizient klein ist verglichen mit dem der Kunststoffstangen, mit einander verbunden sind. Als solches Zwischenglied kann vorzugsweise eine Metallstange vorgesehen werden.
Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht auf ein Rohrfedermanometer mit Druckkompensation und mit einem ersten Kompensationselement und
Fig.2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausgestaltung eines Kompensationselementes nach der Erfindung.
Ein an sich bekanntes Rohrfedermanometer besitzt einen Feder.räger 10, an dem ein Gewindeabschnitt 12 vorgesehen ist Mit diesem Gewindeabschnitt 12 kann das Rohrfedermanometer auf eine Druckleitung aufgeschraubt werden. Über eine nicht näher dargestellte Öffnung wird dem Innenraum der Rohrfeder 14 Druck zugeführt (vergleiche Pfeil A). Die Rohrfeder 14 ist mit einem Endstück 16 verschlossen, an Jem eine Lasche 18 befestigt ist, welche mit einer Bohrung 20 versehen ist, die als Endpunkt der Rohrfeder anzusehen ist Durch die Bohrung 20 verläuft eine Achse 22, an der ein ß-förmiges Bimetall 2< drehbar an der Lasche 18 angebracht ist Das andere, freie Ende des Bimetalls 24 ist mit eimern Segmcnlhebel 26 verbunden. Dieser Segmenihebel ist in Punkt B drehbar und ortsfest gelagert; an seinem Ende, welches dem Befestigungspunki des Bimetalls 24 gegenüberliegt besitzt der Segmenthebel einen Zahnkranz 28, der in Eingriff mit einem Ritzel 30 steht, welches selbst wiederum mit einem nicht weiter dargestellten Zeiger verbunden ist. Der Segmcnthebel 26 besitzt weiterhin einen Justageschlitz 32; auf diese Weise kann der Angriffspunkt des Bimetalls 24 am Segmcnthebel 26 verstellt bzw. verändert werden. Der Segmenihebel befindet sich zwischen einer Oberplalinc 34 und einer Unterplatine 36; die Oberplatinc 34 isi am Fcdertrügcr 10 angebracht und die Unlcrplalinc 36 ist ;in den Punkten Cund D an der Oberplatinc befestigt
Die Wirkungsweise cir:j Einrichtung ist folgende:
Das in einem abgeschlossenen Behälter befindliche Gas. welches unler Druck sieht, sei Tcniperalurschwanklingen, beispielsweise zwischen —25° und +40° unterworfen. Dies hat zur Folge, daß sich der Druck des Gases in Abhängigkeit von der Temperatur mehr oder weniger stark ändert Ein normales, handelsübliches Manometer würde nun diese Druckschwankungen messen. Dabei würde sich die Rohrfeder 14 aufgrund des Druckes verlängern oder verkürzen. Zusätzlich kommt noch der Einfluß der Temperatur: auch aufgrund der Temperatur wird sich die Länge der Rohrfeder ändern. Es ist selbstverständlich bekannt, diese, ausschließlich von der Temperatur herrührenden Längenänderungen zu kompensieren.
Das Bimetall 24, welches sich am Ende der Rohrfeder befindet, ist nun so ausgelegt, daß es die Längenänderung der Rohrfeder, die von der Änderung des Druckes herrührt, kompensiert. Beispielsweise sei ein mittlerer Druck von 6 bar als Nullstellung angenommen. Verringert sich nun z. B. die Temperatur des Gases und damit der Druck innerhalb des Behälters, «iann wird sich die Rohrfeder verkürzen: das Bimetall "A ist so auszulegen, daß es die Verkürzung kompensiert; die Öffnung des Ω muß sich um die Längenänderung zusammenziehen. Auf diese Weise wird das spezifische Volumen und dar.nt die Dichte, die ja umgekehrt proportional zum spezifischen Volumen ist, überwacht. Fällt nun der Druck aufgrund eines Lecks ab, dann ist die Druckänderung größer als die Druckänderung ausschließlich aufgrund der sich ändernden Temperatur. Der nicht dargestellte Zeiger bzw. eine mit dem Zeiger gegebenenfalls verbundene Anzeigescheibe wird ihre Lage ändern.
Um derartige Änderungen in der Dichte auch akustisch anzeigen zu können, kann man einen Schalter vorsehen, der von dem Zeiger betätigt wird; auch dieser Schalter ist nicht weiter dargestellt Dieser Schalter schließt dann einen Stromkreis zur Betätigung eines Alarmsignals.
Eine andere Ausgestaltung des Kompensationselementes, welches in der Gesamtheil mit der Bezugsziffer
40 bezeichnet ist, ist mit seinem einen Ende F an der Achse 20 an der Lasche 18 gelenkig befestigt, während das andere Ende des Kompensationselementes 40. welches mit dem Buchstaben C bezeichnet ist am Zahnsegmenthebel 26 gelenkig angeschlosst-,1 ist Das Kompensationselement 40 besitzt zwei parallel· zueinander angeordnete Kunststoffstangen 41 und 44, deren Ausdehnungskoeffizient auf die Längenänderung der Rohrfeder 14 abgestimmt ist die herrührt von der Druckänderung im Behälter, die auf die Temperaturänderung zurückzuführen ist Das eine Ende der Stange 41 ist wie oben erwäKnt, an die Lasche 18 angeschlossen; das andere Ende ist mit einer Metallstange 42 fest verbunden, welche ebenfalls parallel zu den beiden Kunsisioffsiangen 41 und 44 verläuft. Diese Metallstange 42 weist hin zum Ende F. Die Metallstange 42 und das Rohr 41 sind über eine Lasche 46 miieinander verbunden. Das freie Ende der Stange 42, welches in der Nähe des Endes Fendcl. ist mittels einer Lasche 45 mit der Kunslsioffsla"ge 44 verbunden, welche, von der Lasche 45 ausgehend, in die der Kunsisloffsiange 41 entgegengesetzte Richtung verlauf ι; ihr linde isi mit dem Buchstaben G bezeichnet wie oben ertviilint. Der Ausdehnungskoeffizient der Stange 44 entspricht dem der Stange oder Kunststoffstangc 41. Der Aiisdchnungskoeffizieni det Metallstange 42 isi so gewählt daß er klein ist im Vergleich zu dem der Kunstsloffstangen
41 und 44. Damit addieren sich die Lüngcnändcrungcn der beiden Kunslstoffstanpcn. so. als wenn eine ;ius der KunstMoffstaiiiie 41 und 44 zusammengesetzte größere
Stange vorgesehen wäre. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Abmessungen des Kompensationselementes 40 verhältnismäßig gering sind.
Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Kompensationselement entweder als Bimetall gemäß Fig. 1 oder Kunststoffstangen gemäß F i g. 2 so auszulegen, daß Druckunterschiede in der Atmosphäre mit erfaßt werden können. Für SF„-gekapselte Schaltanlagen jedoch dürfte der atmosphärische Einfluß nur m gering sein, so daß er vernachlässigbar ist. Mit den bezeichneten Ausführungen kann man. um den Einfluß des Umgebungsluftdruckes zu verhindern, auch Absolutdruckmesser mit mitgeliefertem Referenzdruck einsetzen, wobei dann ein derartiger Manometer im i> Behälter eingesetzt werden kann. Wesentlich ist unter anderem, daß als Manometer solche verwendet werden, die im Handel vorhanden sind, wobei e« nicht darauf ankommt, ob es sich um empfindliche oder weniger empfindliche Manometer, um Rohrfeder- oder um Plattenmembranmanometer handelt. Bei allen Manometern kann die Drucktemperaturkompensation mit der Kompensationseinrichtung ohne weiteres erzielt werden, wobei, wie oben erwähnt, das Kompensationselement entweder als ß-förmiges Bimetall oder geeignet ausgelegte Kunststoffstangen ausgebildet ist. Dabei kann man die Kunststoffstangen in der in der Fig. 2 gezeigten Form einsetzen. Man kann auch eine einzelne Kunststoffstange oder wenigstens zwei Kunststoffstangen verwenden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Überwachung der Dichte eines Gases innerhalb eines Druckbehälters, insbesondere von SF6-GaS in Schaltanlagen und Schaltgeräten, s mittels eines Manometers, wobei zwischen dem Ausdehnungselement, insbesondere einer Rohrfeder, und der Anzeigevorrichtung ein temperaturkompensierendes Element angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das temperatur- ■ » kompensierende Element (24, 40) unmittelbar zwischen dem Ausdehnungselement (14) und der Anzeigevorrichtung (26, 28) eines dem erforderlichen Meßdruckbereich angepaßten handelsüblichen Manometers angeordnet ist und als Zugstange dient ι ■> und so bemessen ist, daß die Änderung der Temperatur des Gases im Inneren des Druckbehälters und die hieraus folgende Änderung des Druckes kompensiert wird, so daß eine nennenswerte Änderung des Zeigers lediglich bei Änderung der -« Dichte in^elge einer Leckage des Gases erfolgt
Z Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement (24) ein Bimetall ist
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- v> zeichnet, daß das Kompensationselement als wenigstens eine Kunststoffstange nut an die Längenänderung des Ausdehnungselementes (14) angepaßtem Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- i<> zeichnet, daß das Bimetall (24) als ß-förmig gebogener Bimetallstreifen ausgebildet ist
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement (40) wenigstens zwei parallel ang«c-rdnete Kunststoff- J> stangen (41, 44) aufweist, deren jeweils diametral entgegengesetzte Enden an dem Ausdehnungselement (14) bzw. an dem den Zeiger antreibenden Element (26, 28) angebracht sind, wogegen die beiden anderen diametral entgegengesetzten Enden ·»·> mittels eines Zwischengliedes (42), dessen Ausdehnungskoeffizient klein ist verglichen mit dem der Kunststoffstangen (41, 44), miteinander verbünde,! sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- ■»"> zeichnet, daß als Zwischenglied (42) eine Metallstange vorgesehen ist.
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